专利名称：用于保护控制功率放大器的电位检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率放大器，特别涉及针对故障状态的功率放大器保护。
背景技术：
在功率放大器系统中，最好避免在故障模式操作，这样的操作可能导致系统(特别是功率晶体管)永久性的损坏。用所设计的保护电路，系统可以修复故障状态，并重新进入正常操作而不受任何损坏的影响。按常规设计，保护电路保护功率放大器不出现以下的任何故障状态在输出端对地、对电源或到其他输出端的短路；功率输出过载；电源电压过载、或电源电压低；封装过热。美国专利No.4053996公开了这种保护电路的一个例子。
图9是显示用于常规的音频功率放大器保护的框图。功率放大器包括输出模块2、输出端3、偏置模块4、待用端5和保护模块70。
输出模块2包括在电压为Vcc的电源与地之间的两个串联功率晶体管。输出端3连接在两个功率晶体管之间。偏置模块4为其他的电路模块提供偏置电流，其他电路模块因此偏置而处于激活状态，具体是使两个功率晶体管导通。然后，大量的电流流过功率晶体管和输出端3，因此，给诸如高音喇叭(没有显示)的外部负载供电。
保护模块70包括保护开关模块71，ASO(安全工作区)检测模块72，和对地短路检测块73。保护开关模块71控制位于输出模块2与偏置模块4之间的保护开关7A的ON/OFF(导通/断开)状态，并允许(或者阻止)偏置电流流入(或分别流出)。ASO检测模块72设计成能检测它们的ASO外边的功率晶体管的工作。这里，ASO外边的操作是指出现了上述的功率晶体管的故障状态，例如“对地、对电源、或对其他的输出端的短路”和“过载”等。ASO检测模块72通过功率晶体管的电流、电压和温度检测输出模块2的工作。当电流和电压超过随温度变化的ASO的极限时，ASO检测模块72输送信号到保护开关模块71(为了避免错误操作，通常在预定的延时TD后输送信号)。然后，保护开关模块71断开保护开关7A，于是，断开用于输出模块2的偏置电流。因此，功率晶体管不考虑这两个故障的类型而均被限定在OFF状态。同时，保护开关模块71连接对地短路检测块73到偏置模块4。然后，对地短路检测块73被激活，并检测输出端3的对地电位。输出端3对地短路的事件中，对地短路检测块73连续输送信号到保护开关模块71。由此，保护开关模块71使保护开关7A保持OFF状态。因此，保护模块70防止由于过电流使功率晶体管永久损坏。没有检测到或消除了对地的短路时，对地短路检测块73终止信号输送。然后，保护开关模块71导通保护开关7A。由此，允许偏置电流流到输出模块2。因此功率晶体管工作，功率放大器恢复正常操作。
在功率放大器的正常工作过程中用于功率晶体管的上述的保护是有效的，因为输出模块2的电流和电压如此之大，以至于ASO检测模块72能容易并快捷地检测ASO外边的功率晶体管的操作。但是，在如下电压升高过程(power-up)中，例如，对地短路的故障状态时输出端3便会出现问题。
图10显示出保护开关7A、保护开关模块71、ASO检测模块72、对地短路检测块73和待用端5的电压VSTB电平的工作时序图(见图9)。图10中，高(或低)电平代表各个电路模块在激活状态(或非激活状态)。这里，用例如微控制器的外部装置给待用端5加电压VSTB，在电压升高的过程中按预定的比率升高其电平。偏置模块4检测在电压升高过程中的电压VSTB的电平，直到待用端5被充分激活时，也就是说，电压VSTB的电平达到预定电平VON，才给保护模块70供给偏置电流。由此，保护模块70避免由于浪涌电流和突变电压升高而引起的误操作。具体地说，音频功率放大器防止在电压升高时喇叭播放不希望出现的噪声(公知的“突然出现的鸣叫噪声”)。待用端5的配置是现有的功率放大器(具体是音频功率放大器)的普通元件。
电压开始升高时，T0时刻后保护模块70保持非激活状态，直到时刻TON待用端5的电位VSTB达到预定电平VON为止。因此，在从T0时刻到TON时刻的时段中ASO检测模块72不能检测ASO外边的功率晶体管的工作。因此，在一时段PON中，保护开关7A保持ON状态，所述时段PON是从T0时刻起至从TON时刻再延迟TD结束的时间。例如，电压升高时在输出端3的对地的短路事件中，在时段PON内，过量的电流流过功率晶体管，并在功率晶体管中消耗大量的功率。除非在极短的时段内消除这一短路事件，否则这种功耗会导致功率晶体管乃至功率放大器的永久损坏。由于在电压升高期间保护模块70不能快速响应故障的发生，因此，很难减少对功率晶体管的永久性损坏的危害。
为了激活保护模块70，特别是ASO检测模块72，在电压升高的较早阶段要求ASO检测模块72扩大它的检测范围和提高它的检测精度，由此来确保它在电压升高期间的可靠性。然而，由于输出模块2通常设计成有足够大的尺寸，以提供足够的功率，因此要想使它的芯片尺寸最小，需要严格限定功率晶体管的ASO。因此，为功率放大器的正常工作，ASO检测模块72要求的检测精度极高。此外，当功率放大器设计成单块集成电路IC时，要严格限定执行ASO检测模块72本身可用到的面积。另一方面，由于芯片加工的参数误差限制了ASO检测模块72的设计精度。按常规设计，ASO检测模块72的检测范围限定为能覆盖正常工作过程中的功率晶体管的工作范围，由此确保检测的高精度。因此ASO检测模块72很难达到具有更高检测精度的更大的检测范围，而该更高的检测精度是适用于在电压升高期间用于输出模块2的可靠保护。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率放大器，以在电压升高期间保护其包括功率晶体管的输出模块免受由于故障状态引起的损坏，而不功率放大器的原有的性能。
按本发明，功率放大器包括用于保护控制的电位检测器。这里，功率放大器最好包括输出模块，包括功率晶体管和连接到负载的输出端；偏置模块，包括待用端和被用于偏置功率放大器的其他块处于激活状态，具体是，在待用端保持激活状态时功率晶体管导通；ASO检测模块，用于检测它的ASO(安全工作区域)外边的功率晶体管的操作，和发送断开信号；第一故障检测块，用于检测功率晶体管和输出端的故障状态，和发送断开信号；和保护开关模块，用于从偏置模块断开输出模块，和在接收断开信号期间连接第一故障检测块到偏置模块。
按本发明的电位检测器最好包括
第二故障检测块，用于在电压升高期间检测在待用端的电位，和根据达到阈值电平的电位的检测结果，检测功率晶体管和输出端的故障状态；和断开信号发生模块，当第二故障检测块检测功率晶体管和输出端之一的故障状态时，发送断开信号。
在功率放大器电压升高期间直到待用端被激活，偏置模块不会偏置ASO检测模块处于激活状态。电位检测器本身检测待用端的电位，因此，它在比ASO检测模块启动更早的阶段启动，于是，能在比ASO检测模块的检测更早的阶段检测故障状态。在故障状态事件中，例如，在输出端对地的短路状态下，在电压升高期间，电位检测器能用断开信号激活保护开关模块，然后，在电压升高的较早阶段从偏置模块断开功率晶体管。因此，功率放大器能保护输出模块免受由于电压升高期间的故障状态引起的永久损坏。
按本发明的电位检测器还包括恢复模块，用于在电压升高过程中检测待用端的电位，和根据达到第二阈值电平的电位的检测结果，使断开信号发生模块终止断开信号发送。
在电压升高过程中，电位检测器检测故障状态和激活保护开关模块时，保护开关模块连接第一故障检测块到偏置模块，然后激活第一故障检测块。当检测的故障状态确实发生和持续的情况下，第一故障检测块可靠地检测故障状态，使保护开关模块保持输出模块从偏置模块断开。另一方面，电位检测器检测的故障状态不是实际状态，或者已经消除时，第一故障检测块不检测故障状态。而且，在待用端的电位达到第二阈值电平时，电位检测器释放保护开关模块，而不管是否出现故障。因此，功率放大器快速地恢复正常工作。因此，电位检测器避免了影响功率放大器的原有性能。
本发明的新的特征由所附的权利要求书具体限定，通过以下结合附图对本发明构成和内容的详细描述，可以更好地理解本发明的其他目的和特征。
图1是按本发明实施例的显示了功率放大器10的BTL(BalancedTransformer Less，桥式推挽放大电路)结构的框图；图2是显示了功率放大器10的结构框图，该功率放大器针对用于输出模块2的保护；
图3是显示了功率晶体管典型ASO的集电极电流Ic与集电极-发射极电压VCE之间的关系曲线图；图4是显示了功率放大器10的电位检测器8的优选实施例的电路图；图5是显示了在正常工作中用于功率放大器10的保护的流程图；图6是显示了电压升高过程中用于功率放大器10的保护的第一部分的流程图；图7是显示了电压升高过程中功率放大器10的保护的第二部分的流程图；图8是电压升高过程中的时序图，显示了功率放大器10中的保护开关7A，保护开关模块71，ASO检测模块72，和第一对地短路检测块73的工作，和分别由第一对地短路检测块73和电位检测器8发送的两个断开信号Sc1和Sc2和在待用端5的电位VSTB的变化电位；图9是显示了用于常规音频功率放大器的保护的框图；图10是电压升高过程中的时序图，显示了在图9所示的常规音频功率放大器中的保护开关7A、保护开关模块71、ASO检测模块72和对地短路检测块73和在待用端5的电位VSTB的工作电位。
在一些或全部附图中会用图解方式进行说明，不需要指出实际相关尺寸或者器件位置。
具体实施例方式
以下参见附图详细说明本发明的最佳实施例。
图1显示了按本发明实施例的功率放大器10的桥式推挽放大电路BTL结构。功率放大器10优选为用于驱动高音喇叭Sp的音频功率放大器。功率放大器10包括输入端1、输出模块2、第一输出端3A和第二输出端3B、偏置模块4、待用端5、静噪端6和保护模块7。
输入端1从例如微控制器的外部装置接收音频信号VIN。输出模块2包括第一和第二运算放大器2A和2B，缓冲器21A和反相器21B。音频信号VIN通过缓冲器21A和反相器21B，和分别反相进入第一和第二运算放大器2A和2B。第一和第二运算放大器2A和2B是推挽型运算放大器，也就是说，它们中的每个运算放大器包括在电压为Vcc的电源与地之间的一对串联连接的功率晶体管。在每对功率晶体管中间的第一和第二输出端3A和3B跨接在高音喇叭Sp上。第一和第二运算放大器2A和2B将音频信号VIN转换成分别在第一和第二输出端3A和3B的极性相反的一对输出电压VOUT和-VOUT。然后，两个输出电压VOUT加到高音喇叭Sp上。
偏置模块4给其他的电路模块提供偏置电流，由此偏置其他的电路模块处于激活状态，具体是使功率晶体管导通。偏置模块4检测待用端5和静噪端6的状态，并开始(或终止)在待用端(或分别在静噪端6)激活偏置。这里，用例如微控制器的外部装置分别控制在待用端5和静噪端6的电位VSTB和VMT。例如，在待用端5的电位VSTB分别按操作和待用模式设置在0V和+5V。特别地，在电压升高过程中，在待用端5的电位VSTB按预定比率升高。根据检测达到预定电平VON的电位VSTB，偏置模块4向保护模块7供给偏置电流。因此保护模块7避免了由于浪涌电流和突变电压的升高而产生误动，特别地防止了在电压升高时高音喇叭Sp播放“突然的鸣叫噪声”。
保护模块7检测输出模块2的故障状态。故障状态例如包括在输出端3A和3B之一的对地、对电源或对其他输出端的短路；功率输出过载；电源的过压或低电压；封装过热。根据故障状态的检测，保护模块7断开保护开关7A，由此从偏置模块4断开输出模块2。因此，防止输出模块2在故障状态下保持导通状态，防止由于故障状态引起永久性损坏。与现有技术相反，正如以下要说明的，保护模块7本身检测待用端5的状态，由此在功率放大器10的电压升高过程中保护输出模块2。
图2显示出针对保护输出模块2的功率放大器10的结构。保护模块7包括保护开关模块71、ASO检测模块72、第一对地短路检测块73和电位检测器8。
保护开关模块71控制设置在输出模块2与偏置模块4之间的保护开关7A的ON/OFF状态，并允许(或禁止)偏置电流流入(或分别流回)。特别地，是根据接收由保护模块7中的其他电路模块发送的断开信号Sc，保护开关模块71断开保护开关7A，和发送启动信号Ss到第一对地短路检测块73。而且，在暂停断开信号Sc时，保护开关模块71导通保护开关7A。
ASO检测块72检测它的ASO外边的功率晶体管的工作。由于输出模块2设计成在确定的ASO中工作，所以，ASO外边的工作指示功率放大器的故障状态的存在。图3显示了功率晶体管典型ASO的集电极电流Ic与集电极-发射极电压VCE之间的关系曲线图(如果是MOSFET，分别是漏电流与漏-源电压)。曲线C代表ASO的极限，例如，它由集电极电流Ic的上限、集电极-发射极电压VCE，和抑制功率晶体管中的结点处的温升所能允许的功耗确定的。ASO检测模块72检测功率晶体管的电流、电压和温度。当电流和电压超过ASO的极限时(其取决于温度)，通常在预定的延迟TD之后，ASO检测模块72发送断开信号Sc到保护开关模块71以避免误操作。
根据接收由保护开关模块71发送的开始信号Ss，第一对地的短路检测块73连接到偏置模块4。然后，第一对地的短路检测块73被激活和检测输出端3相对地的电位。如果在输出端3发生对地短路的情形，第一对地的短路检测块73连续发送断开信号Sc到保护开关模块71。当没有检测到或消除了对地的短路时，第一对地的短路检测块73终止断开信号Sc的发送。
ASO外边的检测操作指示功率晶体管的故障状态的发生。但是，ASO检测模块72不确定故障状态的类型。第一对地的短路检测块73针对于防止在输出端3的对地的短路而提供可靠的保护。针对于其他类型的故障状态二提供可靠保护的其他故障检测块可以包括在保护模块7中。其他的故障检测块可以用ASO检测模块72激活，并利用保护开关模块71以与上述描述的第一对地的短路检测块73的方式类似的方式进行各个保护。
电位检测器8包括第二对地的短路检测块81、恢复模块82和断开信号发生模块83。在功率放大器10的电压升高过程中，第二对地的短路检测块81检测待用端5的电位VSTB和输出端3的电位Vout。根据检测的达到第一阈值电平Vth1的电位VSTB和在输出端3的对地的短路，第二对地的短路检测块81激活它的输出到断开信号发生模块83。在功率放大器10电压升高过程中，恢复模块82检测待用端5的电位VSTB。根据检测的达到超过第一阈值电平Vth1的第二阈值电平Vth2(Vth2＞Vth1)的电位VSTB，恢复模块82激活它的输出到断开信号发生模块83。基于从第二对地的短路检测块81输入的激活作用，断开信号发生模块83发送断开信号Sc，另一方面，基于从恢复模块82输入的激活作用，终止断开信号的发送。
通过断开信号Sc的发送，电位检测器8激活保护开关模块71的反应时间主要由待用端5的电位VSTB从0V升高到第一阈值电平Vth1所需要的时间确定。与现有技术相反，设置第一阈值电平Vth1低于ASO检测模块72开始的电平VON，能在功率放大器10电压升高过程的较早阶段实现对地短路的快速检测。
通过终止断开信号Sc的发送，电位检测器8释放保护开关模块71的反应时间主要由待用端5的电位VSTB从第一阈值电平Vth1升高到第二阈值电平Vth2所需要的时间确定。在反应时间内，保护开关模块71激活第一对地的短路检测块73。优化第二阈值电平Vth2，以便即时释放保护开关模块71，和通过第一对地的短路检测块73的检测高可靠性。由此，功率放大器10快速恢复正常工作。因此，电位检测器8避免了影响功率放大器10的原有的性能。
图4显示出电位检测器8的电路的一个优选例。
第二对地的短路检测块81包括两个PNP晶体管Q1和Q2，两个NPN晶体管Q3和Q4，两个电阻器R1和R2，和ESD(静电放电)电阻器RESD。两个PNP晶体管Q1和Q2的发射极连接到电源。两个PNP晶体管Q1和Q2的基极相互连接。第一PNP晶体管Q1的集电极经第一电阻器R1接地。第二PNP晶体管Q2的基极和集电极相互连接。因此，两个PNP晶体管Q1和Q2的发射极电流彼此成镜像。两个发射极电流之比基本上等于两个PNP晶体管Q1和Q2的尺寸之比。第一NPN晶体管Q3的集电极、基极、和发射极分别连接到第二PNP晶体管Q2的集电极、待用端5、和经第二电阻器R2连接到第二NPN晶体管Q4的基极。第二NPN晶体管Q4的基极和发射极相互连接。第二NPN晶体管Q4的集电极经ESD(静电放电)电阻器RESD连接到输出端3。ESD(静电放电)电阻器RESD表示在输出端3的防止ESD(静电放电)的保护装置的电阻，因此，电阻器RESD的电阻值应小于其他电阻器R1和R2的电阻值。
在通常的电压升高的过程中，输出端3的电位VOUT平滑升高，因此，在待用端5的电位VSTB比输出端3的电位VOUT略高或略低。然后，两个NPN晶体管Q3和Q4都保持OFF状态，在第一PNP晶体管Q1和第一电阻器R1之间的结点J的电位VJ基本上等于0V。在待用端5的电位VSTB通常高于输出端3的电位VOUT时，正电压加到第二NPN晶体管Q4上，然后足够大的基极电流流过第一NPN晶体管Q3。因此，两个NPN晶体管Q3和Q4都导通，然后，在第一PNP晶体管Q1和第一电阻器R1之间的结点J的电位VJ升高，待用端5与输出端3之间的电压VSTB-VOUT用以下的等式(1)给出VSTB-VOUT=VBE3+VBC4+A2A1R2+RESDR1VJ,---(1)]]>
式中，VBE3是ON状态中的第一NPN晶体管Q3的基极-发射极电压，VBC4是ON状态中的第二NPN晶体管Q4的基极-集电极电压，A1/A2是两个PNP晶体管Q1和Q2的尺寸比。(3个电阻器R1、R2和RESD的电阻值用相同的参考符号指示。)恢复模块82包括两个NPN晶体管Q5和Q6，和两个电阻器R3和R4。第三NPN晶体管Q5的集电极、基极和发射极分别连接到电源、待用端5和经两个串联电阻器R3和R4接地。第四NPN晶体管Q6的集电极、基极和发射极分别连接到第一PNP晶体管Q1与第一电阻器R1之间的结点J、两个电阻器R3和R4之间的结点和接地。
电压升高过程中，待用端5的电位VSTB和第三NPN晶体管Q5的基极电流升高。第三NPN晶体管Q5由于有足够大的基极电流而导通时，第四NPN晶体管Q6也由于基极电流明显增大而导通。然后，第一PNP晶体管Q1与第一电阻器R1之间的结点J处的电位VJ下降到0V。这时，待用端5的电位VSTB用以下的等式(2)给出VSTB=VBE5+R3+R4R4VBE6---(2)]]>式中，VBE5和VBE6分别是ON状态中的两个NPN晶体管Q5和Q6的基极-发射极电压。(用相同的参考符号指示两个电阻器R3和R4的电阻值)断开信号发生模块83包括第五NPN晶体管Q7。第五NPN晶体管Q7的集电极、基极、和发射极分别连接到保护开关模块71(见图2)，第一PNP晶体管Q1与第一电阻器R1之间的结点J和地。而且，第五NPN晶体管Q7的集电极拉升到预定的正电位(没有显示)。当结点J的电位VJ升高时，第五NPN晶体管Q7由于它的基极电流明显增大而导通。然后，第五NPN晶体管Q7的集电极-发射极电压下降。保护开关模块71检测由于断开信号Sc的激活的电压降。当结点J的电位VJ下降时，第五NPN晶体管Q7断开。然后第五NPN晶体管Q7集电极的电位拉升到原有的高电平。保护开关模块71检测由于断开信号Sc的去除的电位拉升。
在电压升高过程中，如果有输出端3对地短路发生，输出端3的电位VOUT保持在基本上等于0V的低电平，而待用端5的电位升高。这种情况下，断开信号Sc激活，即，第五NPN晶体管Q7的导通要求在待用端5的电位VSTB超过第一阈值电平Vth1，它根据等式(1)，由以下的等式(3)给出
VSTB≥Vth1=VBE3+VBC4+A2A1R2+RESDR1VBE7.---(3)]]>式中VBE7是ON状态的第五NPN晶体管Q7的基极-发射极电压。正如从等式(3)所清楚的看到的，可以用两个PNP晶体管Q1和Q2之间的尺寸比A1/A2和两个电阻器R1和R2之间的电阻值之比优化激活保护开关模块71的电位检测器8的响应时间。ESD电阻器RESD具有如此小的电阻值，以致于它的存在不会对电位检测器8的响应时间造成影响。
断开信号Sc失效，即，第五NPN晶体管Q7的断开要求待用端5的电位VSTB超过第二阈值电平Vth2，它通过上述描述的等式(2)给出VSTB≥Vth2=VBE5+R3+R4R4VBE6>Vth1---(4)]]>从等式(4)容易了解，用两个电阻器R3和R4之间的电阻值之比能优化电位检测器8释放保护开关模块71的响应时间。
不出现故障的正常工作中，第五NPN晶体管Q7不能激活保护开关模块71。而且，结点J的电位VJ停留在0V，因此，两个NPN晶体管Q3和Q4在输出端3具有高阻抗。这样，电位检测器8避免了在正常工作中的功率放大器10的原有性能。
具有上述结构的保护模块7对功率放大器10执行以下的保护。
图5显示出在正常工作中保护功率放大器的流程图。
《步骤S1》正常工作中，待用端5保持激活，然后，偏置在激活状态的ASO检测模块72检测功率晶体管的电流、电压和温度。
《步骤S2》ASO检测模块72根据检测到的温度确定ASO极限。检测到的电流或电压超过ASO极限的情况下，处理进入到下一步骤S3，否则重复步骤S1。
《步骤S3和S4》等待延迟时间TD后，ASO检测模块72发送断开信号Sc到保护开关模块71，由此激活保护开关模块71，而不会由于电流和电压的突变引起误操作。
《步骤S5》
保护开关模块71断开保护开关7A，由此断开从偏置模块4到输出模块2的偏置电流。然后，多个功率晶体管都限定在断开状态中。
《步骤S6》保护开关模块71发送开始信号Ss，由此连接第一对地的短路检测块73到偏置模块4。然后，启动第一对地的短路检测块73，和检测输出端3相对于地的电位。(与保护模块7中的其他故障检测块一样)。
《步骤S7》如果输出端3对地的短路发生，第一对地的短路检测块73连续发送断开信号Sc到保护开关模块71。(与保护模块7中的其他故障检测块一样)。由此保护开关模块71保持保护开关7A在断开状态。因此，功率放大器10停止正常工作，功率晶体管避免了由于过电流引起的永久损坏。当没有检测到或消除了对地的短路时，处理进入步骤S8。
《步骤S8和S9》第一对地的短路检测块73终止断开信号Sc的发送。(与保护模块7中的其他故障检测块一样)。然后保护开关模块71失效，保护开关7A导通。由此允许偏置电流流到输出模块2。因此，功率晶体管释放，功率放大器10恢复正常工作。
图6和图7显示出在电压升高过程中保护功率放大器10的流程图。图8显示出在电压升高过程中的保护开关7A、保护开关模块71、ASO检测模块72、和第一对地的短路检测块73的工作时序。图8还显示出分别由第一对地的短路检测块73和电位检测器8发送的两个断开信号Sc1和Sc2以及在待用端5的电位VSTB的时序电位。图8中，高(或低)电平表示各个模块的激活(或非激活)状态。(注意上述的例子和图4中的电位检测器8发送的断开信号Sc2是较不活跃的(active-low))。
如图8所示，电压升高开始时，从时刻T0开始，待用端5的电位VSTB从0V按预定的比率升高。偏置模块4检测电压升高过程中的电位VSTB，直到待用端5被激活才给ASO检测模块72供给偏置电流，即，电位VSTB达到电平VON。因此，电位直到时刻TON，ASO检测模块72才能工作，而就在这个时刻，电位VSTB达到电平VON。另一方面，电位检测器8在电压升高时工作，因此，电压升高过程中，对输出模块7执行如下的保护。
《步骤S11和S12》电位电位检测器8检测在待用端5的电位VSTB和输出端3的电位VOUT，直到时刻T1，而就在这一时刻，电位VSTB达到第一阈值电平Vth1时。这里保护开关7A保持在ON状态。
《步骤S13》在时刻T1，电位VSTB达到第一阈值电平Vth1。在时刻T1，电位检测器8中的第二对地的短路检测块81检测在输出端3的对地的短路，处理进入步骤S14，否则进入到步骤S18。
《步骤S14》电位检测器8发送断开信号Sc2到保护开关模块71，即，激活断开信号Sc，由此激活保护开关模块71。这里，在一延迟时间后发送断开信号Sc2用于避免由于电流和电压的突变引起的误操作。
《步骤S15》保护开关模块71断开保护开关7A，由此断开从偏置模块4到输出模块2的偏置电流。然后，多个功率晶体管都限定在OFF状态。
《步骤S16》保护开关模块71发送开始信号Ss，由此连接第一对地的短路检测块73到偏置模块4。然后，第一对地的短路检测块73在时刻T1后立即被激活，然后，检测输出端3相对地的电位。
《步骤S17和S18》如果有输出端3对地的短路发生，第一对地的短路检测块73连续发送断开信号Sc1到保护开关模块71(见图8中的实线)。由此，保护开关模块71保持保护开关7A在OFF状态。当没有检测到或消除了对地的短路时，第一对地的短路检测块73终止断开信号Sc1的发送(见图8中的虚线)《步骤S19和S20》电位电位检测器8还检测在待用端5的电位VSTB，直到时刻T2，而就在这一时刻，电位VSTB达到第二阈值电平Vth2。如图8的实线指示的，如果在第二对地的短路检测块81在步骤S13检测输出端3对地的短路，这里，在时刻T1后，电位检测器8连续发送断开信号Sc2，保持保护开关7A在OFF状态中。否则，电位检测器8终止断开信号Sc2的发送，然后，保护开关7A保持在OFF状态，如图8中的长短虚线指示的。
《步骤S21》在时刻T2，电位VSTB达到第二阈值电平Vth2。然后，电位检测器8中的恢复模块82终止断开信号Sc2的发送，由此释放保护开关模块71，而不管是否出现故障。
在步骤S16，如果第一对地的短路检测块73被激活，和在步骤S17，检测在输出端3对地的短路，第一对地的短路检测块73连续发送断开信号Sc1，如图8中的实线指示的。因此，时刻T2后，保护开关模块71保持激活，保护开关7A保持在OFF状态。因此，在电压升高过程中，如果有在输出端3对地的短路发生，电位检测器8能激活保护开关模块71，然后，在电压升高的较早阶段从偏置模块4断开功率晶体管。特别地，紧随在时刻T0后的保护开关7A的导通时间PON大大减小，因此，输出模块2能防止电压升高过程中在输出端3的对地短路引起的永久性损坏。
在步骤S16，如果有第一对地的短路检测块73被激活，但是，在步骤S17，没有检测到在输出端3的对地的短路的发生，第一对地的短路检测块73不发送如图8中的虚线指示的断开信号Sc1。因此，在时刻T2，保护开关模块71失效，保护开关7A导通。因此，功率放大器10快速恢复正常的电压升高的操作。因此，电位检测器8避免了影响功率放大器10原有的性能。
上述的按本发明的实施例中，电位检测器8包括针对于输出端3的对地短路保护的第二对地的短路检测块81。在电压升高过程中针对于故障状态的其他类型的保护的其他故障检测块也可以包括在电位检测器8中。通过检测在待用端5的电位VSTB，其他故障检测块可以自己启动，并利用在电压升高的早期阶段的保护开关模块71以与上述的第二对地的短路检测块81的方式类似的方式进行各种保护。
以上用按本发明的优选实施例公开的本发明不限制本发明。本行业的技术人员在阅读了公开的内容后，发现，本发明还有各种变化和改进。由此可以推论，这些变化和改进都落入本发明精神和范围内。而且，应了解，所附的权利要求书覆盖这些变化和改进。
权利要求
1.一种电位检测器，用于功率放大器的保护控制，包括一输出模块，包括一功率晶体管和一连接到负载的输出端；偏置模块，包括一待用端，并可用于偏置功率放大器的其他电路模块处于激活状态，具体是在待用端保持激活状态时，功率晶体管导通；一安全工作区检测模块，用于检测它的安全工作区外边的功率晶体管的工作和发送断开信号；第一故障检测块，用于检测功率晶体管和输出端的故障状态和发送断开信号；和一保护开关模块，用于在接收断开信号期间，从偏置模块断开输出模块，和连接第一故障检测块到偏置模块；所述的电位检测器包括第二故障检测块，用于检测在电压升高过程中待用端的电位和根据检测达到一阈值电平的电位，检测功率晶体管和输出端的故障状态；和断开信号发生模块，用于在第二故障检测块检测功率晶体管和输出端其中之一的故障状态时，发送断开信号。
2.按照权利要求1的电位检测器，包括一恢复模块，用于检测电压升高过程中待用端的电位，和根据检测达到第二阈值电平的电位，使断开信号发生模块终止断开信号的发送。
3.一种功率放大器，包括一输出模块，包括功率晶体管和一连接到负载的输出端；一偏置模块，包括一待用端，和可用于偏置功率放大器的其他电路模块处于激活状态，具体是在待用端保持激活状态时功率晶体管导通；一安全工作区检测模块，用于检测它的安全工作区外边的功率晶体管的工作和发送断开信号；第一故障检测块，用于检测功率晶体管和输出端的故障状态，和发送断开信号；和一保护开关模块，用于在接收断开信号期间，从偏置模块断开输出模块，和连接第一故障检测块到偏置模块；所述的电位检测器包括第二故障检测块，用于检测在电压升高过程中待用端的电位，和根据检测达到一阈值电平的电位，检测功率晶体管和输出端的故障状态；和一断开信号发生模块，用于在第二故障检测块检测功率晶体管和输出端其中之一的故障状态时，发送断开信号。
4.按照权利要求3的功率放大器，其特征是，电位检测器包括一恢复模块，用于检测电压升高过程中待用端的电位，和根据检测达到第二阈值电平的电位，使断开信号发生模块终止断开信号的发送。
全文摘要
与只能在供电后操作的常规保护电路不同，通过检测音频功率放大器10在电压升高期间待用端5的电位V
文档编号H03F1/52GK1684359SQ20041003116
公开日2005年10月19日 申请日期2004年4月13日 优先权日2004年4月13日
发明者黄夏秀, 樋口泰生 申请人:松下电器产业株式会社, 松下亚洲半导体私人有限公司